Nghiên cứu xác định thời gian sử dụng ống địa kỹ thuật xây dựng đê trong môi trường nước đất khu vực thành phố Hồ Chí Minh

Dự báo tuổi thọ, thời gian làm việc của ống địa kỹ thuật xây dựng đê được các chuyên gia quan tâm nghiên cứu. Đây là khoảng thời gian liên tục tính từ khi đê được xây dựng (ống địa kỹ thuật chịu tác động của điều kiện sử dụng cũng như của môi trường sử dụng) cho đến khi bị hư hỏng căn cứ theo một tiêu chuẩn nào đó. Độ chính xác của phép dự báo phụ thuộc vào phương trình dự báo có phản ánh đầy đủ các yếu tố khí hậu, thời tiết, môi trường, điều kiện sử dụng ... tác động lên ống và tiêu chuẩn hư hỏng mẫu được lựa chọn có tiêu biểu hay không. Bài viết trình bày kết quả dự báo tuổi thọ sử dụng của ống địa kỹ thuật theo phương pháp kết hợp thử nghiệm tự nhiên và gia tốc trong môi trường nước đất khu vực Thành phố Hồ Chí Minh.

TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THƠNG VẬN TẢI, SỐ 19 - 05/2016 49 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THỜI GIAN SỬ DỤNG ỐNG ĐỊA KỸ THUẬT XÂY DỰNG ĐÊ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC ĐẤT KHU VỰC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH STUDY TO DETERMINE THE LIFE TIME OF GEOTUBE USED IN CONSTRUCTION OF DYKES IN SOIL AND WATER IN THE AREA OF HO CHI MINH CITY Vương Quang Việt, Nguyễn Thị Thơm Viện Nhiệt đới môi trường Tóm tắt: Dự báo tuổi thọ, thời gian làm việc ống địa kỹ thuật xây dựng đê chuyên gia quan tâm nghiên cứu Đây khoảng thời gian liên tục tính từ đê xây dựng (ống địa kỹ thuật chịu tác động điều kiện sử dụng môi trường sử dụng) bị hư hỏng theo tiêu chuẩn Độ xác phép dự báo phụ thuộc vào phương trình dự báo có phản ánh đầy đủ yếu tố khí hậu, thời tiết, mơi trường, điều kiện sử dụng tác động lên ống tiêu chuẩn hư hỏng mẫu lựa chọn có tiêu biểu hay khơng Bài viết trình bày kết dự báo tuổi thọ sử dụng ống địa kỹ thuật theo phương pháp kết hợp thử nghiệm tự nhiên gia tốc môi trường nước đất khu vực Thành phố Hồ Chí Minh Từ khoá: Tuổi thọ, ống mềm Abstract: Prediction of lifetime and durability of geotube used in construction of dykes has gained special attention from experts That is the continuous time period from the point a dyke is constructed (geotube are impacted by the conditions and environment where they are in use) until hoses are considered damaged based on some standard The accuracy of prediction depends on the prediction equation, whether it takes all effects of factors such as climate, weather, environment and condition of use, etc into account, and whether the selected standard of damage is typical This article presents results of geotube lifetime prediction based on a method where actual and accelerated tests were combined in soil and water in the area of Ho Chi Minh City Keywords: Lifetime, geotube Giới thiệu Xây dựng đê ống địa kỹ thuật nhồi cát giải pháp cơng trình hiệu quả, kinh tế để đối phó với biến đổi khí hậu nước biển dâng Giải pháp lại có ý nghĩa đặc biệt với nước ta - nước bị ảnh hưởng nặng nề cộng với khó khăn tài việc “xây dựng đê theo phương pháp truyền thống đắt nhiều so với xây dựng đê ống địa kỹ thuật nhồi cát” [1] Một quan tâm hàng đầu nhà nghiên cứu tuổi thọ cơng trình Trong giải pháp này, tuổi thọ phụ thuộc nhiều vào thời gian làm việc ống địa kỹ thuật xây dựng đê - khoảng thời gian liên tục tính từ đê xây dựng (ống địa kỹ thuật chịu tác động điều kiện sử dụng môi trường sử dụng) bị hư hỏng theo tiêu chuẩn Phương pháp xác định thời gian làm việc tốt phơi mẫu trường nhiên tiêu tốn thời gian Vì cần đến phương pháp gia tốc q trình lão hóa phiên Độ xác phép dự báo phụ thuộc vào phương trình dự báo có phản ánh đầy đủ yếu tố khí hậu, thời tiết, mơi trường, điều kiện sử dụng tác động lên ống địa kỹ thuật tiêu chuẩn hư hỏng mẫu lựa chọn có tiêu biểu hay khơng [2] Mục tiêu nghiên cứu dự báo thời gian làm việc đê thông qua tuổi thọ ống địa kỹ thuật Bài báo trình bày số kết nghiên cứu tuổi thọ ống phương pháp kết hợp phơi mẫu trường gia tốc lão hóa nhiệt phòng thí nghiệm Phương pháp nghiên cứu 2.1 Nguyên vật liệu - Vải polyester GM15 Hàn Quốc có thơng số sau: Trọng lượng: 500 g/m2; độ bền kéo đứt theo chiều dọc ngang > 150 kN/m; độ dãn dài đứt theo chiều dọc ngang < 15 %; hệ số thấm: 10-5 m/s; kích 50 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 19, May 2016 thước lỗ O90: 0,075 mm; khổ rộng: 3,6 m; chiều dày: mm - Ống địa kỹ thuật đường kính m, dài 50 m chế tạo từ GM15 - Vải polyester GM200 Hàn Quốc có thơng số sau: Trọng lượng: 600 g/m2; độ bền kéo đứt theo chiều dọc ngang > 200 kN/m; độ dãn dài đứt theo chiều dọc ngang < 15 %; hệ số thấm: 10-5 m/s; kích thước lỗ O90: 0,075 mm; khổ rộng: 3,6 m; chiều dày: mm - Ống địa kỹ thuật đường kính m, dài 50 m chế tạo từ GM200 2.2 Phương pháp nghiên cứu thiết bị sử dụng 2.2.1 Tính chất lý gia tốc lão hóa nhiệt - Độ bền kéo đứt đo máy kéo nén vạn theo tiêu chuẩn ASTM- D861 - Thử nghiệm gia tốc q trình lão hóa với hệ thống tủ khí hậu nhân tạo theo ASTM - D 794 2.2.2 Phơi mẫu trường lấy mẫu Đê thử nghiệm xây dựng ống địa kỹ thuật nhồi cát có chiều dài 100 m, cao 1,6 m bờ hữu sơng Sài Gòn thuộc phường Thạnh Lộc, quận 12, Thành phố Hồ Chí Minh từ tháng 07 năm 2011 [3] Sau 1.800 ngày tức 43.800 tiến hành lấy mẫu vật liệu ống (phần không tiếp xúc trực tiếp với nước) từ Thạnh Lộc phòng thí nghiệm để thử gia tốc lão hóa mơi trường khơng khí với nhiệt độ 145 oC đến độ bền kéo đứt giảm 25 %, gọi thời gian t2 Tiến hành xác định thời gian sấy T2 145 oC để độ bền kéo đứt ống địa kỹ thuật (chưa nhồi cát) giảm 25 % (hình 1) Chúng tơi tiến hành phơi mẫu vật liệu ống địa kỹ thuật chế tạo từ GM200 Khu chế xuất (KCX) Tân Thuận từ tháng 02 năm 2014 [4] Sau 510 ngày tức 12.240 tiến hành lấy mẫu vật liệu ống (phần không tiếp xúc trực tiếp với nước) từ KCX Tân Thuận phòng thí nghiệm để thử gia tốc lão hóa mơi trường khơng khí với nhiệt độ 145 oC đến độ bền kéo đứt giảm 25 %, gọi thời gian t2 Tiến hành xác định thời gian sấy T2 145 oC để độ bền kéo đứt ống địa kỹ thuật (chưa nhồi cát) giảm 25 % (hình 2) Mẫu khảo sát chuẩn bị theo tiêu chuẩn ASTM-D861 từ ống địa kỹ thuật chưa bơm cát từ ống địa kỹ thuật xây dựng đê thử nghiệm phường Thạnh Lộc KCX Tân Thuận Hình Đê thử nghiệm phường Thạnh Lộc, quận 12 Hình Thu hồi mẫu thử vào ngày xây dựng đê thử nghiệm KCX Tân Thuận, quận Phương pháp tính tuổi thọ theo mơ hình kết hợp [5] Trong phương pháp quan hệ đại lượng thể theo công thức sau: t1 T1 + t2 T2 =1 (1) Trong đó: T1: Thời hạn sử dụng; t1: Thời gian thử mẫu thực địa; t2: Thời gian sấy nhiệt độ thử gia tốc mà độ bền kéo đứt giảm 25 %; T2: Thời gian sấy nhiệt độ thử gia tốc mà độ bền kéo đứt mẫu so sánh (mẫu mới) giảm 25 % Kết thảo luận 3.1 Xác định thời gian độ bền kéo đứt giảm 25 % Kết thử nghiệm mẫu từ phường Thạnh Lộc mẫu từ KCX Tân Thuận trình bày hình hình Trong đó: tt: Thời gian gia nhiệt mẫu nhiệt độ o 145 C mơi trường khơng khí (giờ); ft: Độ bền kéo đứt mẫu tương ứng với điều kiện thử nghiệm (kN/m); %ft: Tỷ lệ độ bền kéo đứt mẫu tương ứng với điều kiện thử nghiệm (%); Ft: Độ bền kéo đứt mẫu tương ứng với điều kiện thử nghiệm (kN/m); TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 19 - 05/2016 %Ft: Tỷ lệ độ bền kéo đứt mẫu tương ứng với điều kiện thử nghiệm (%) Kết thử nghiệm giá trị thống kê kết mẫu lấy từ vị trí ngẫu nhiên hai đầu đê thử nghiệm Hình Kết thử nghiệm lão hóa mẫu phường Thạnh Lộc Hình Kết thử nghiệm lão hóa mẫu KCX Tân Thuận Hình hình cho thấy theo thời gian cường độ chịu kéo tỷ lệ độ bền kéo đứt giảm dần Thời gian làm giảm cường độ lực kéo đứt mẫu Thạnh Lộc: t2 (ứng với % ft) 51 T2 (ứng với %Ft) 168 204 (hình 3) Thời gian làm giảm cường độ lực kéo đứt mẫu KCX Tân Thuận t2 (ứng với % ft) T2 (ứng với % Ft) 204 216 (hình 4) Thực nghiệm đường đặc tính mẫu phường Thạnh Lộc (hình 3) có độ dốc tương đương so với đường đặc tính mẫu KCX Tân Thuận (hình 4) 3.2 Xác định thời hạn sử dụng Để hạn chế nhược điểm phương pháp thử nghiệm gia tốc thử nghiệm môi trường tự nhiên người ta sử dụng phương pháp kết hợp hai loại thử nghiệm tự nhiên gia tốc Phương pháp gọi phương pháp thử nghiệm mơ hình kết hợp [5, 6] Nó kết hợp ưu điểm thử nghiệm tự nhiên thử nghiệm gia tốc: Xác định nhanh đề cập tới yếu tố tác động điều kiện sử dụng thực địa Từ kết xác định thời gian độ bền kéo đứt giảm 25 % (mục 3.1) Kết thử nghiệm tính tốn tuổi thọ vật liệu trình bày bảng 1, tuổi thọ hay độ bền vật liệu tính theo công thức (1) Từ thử nghiệm thực tế kết tính tốn T1t T1k ta thấy tuổi thọ vật liệu ống địa kỹ thuật GM15 GM200 dùng làm đê điều kiện làm việc môi trường khô (không tiếp xúc trực tiếp thường xuyên với nước) tương đương Đây kết hợp lý chúng có chất hóa học Bảng Kết thực nghiệm dự tính tuổi thọ vật liệu t1 (giờ) t2 (giờ) ~ %f Mẫu vật liệu KCX Tân Thuận Mẫu vật liệu phường Thạnh Lộc TB Sai số TB Sai số 12.240 43.800 - Kết luận Trước sử dụng phổ biến ngày hôm nay, độ bền vải địa tiêu quan trọng nhà thiết kế ứng dụng quan tâm từ ban đầu Tuổi thọ cơng trình ứng dụng thường dài: Theo Sở Giao thông vận tải (UK) 120 năm [7], cơng trình Việt Nam u cầu (khơng thức) 20 năm 204 ± 7,8 168 ± 9,5 T2 (giờ ) ~ T1 (giờ) T1 (năm) %F 216 ± 2,4 204 ± 11,5 220.320 ± 3102 24.8200 ± 7305 25,2 ± 0,4 28,3 ± 0,7 Kết tính tốn tuổi thọ hay độ bền vật liệu T1 (năm) hai mẫu từ số liệu thực nghiệm cho ta thấy việc lựa chọn sử dụng vải polyeste để chế tạo ống địa kỹ thuật làm đê thích hợp điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng Thành phố Hồ Chí Minh khu vực phía Nam Các số liệu T1 phù hợp với số liệu theo dõi thực tế nhà khoa học Hà Lan công bố [1, 8] 52 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 19, May 2016 Điều kiện thử nghiệm gia tốc gần với thực tế sử dụng môi trường tự nhiên tương tự môi trường vật liệu làm việc Căn theo diễn biến chất lượng môi trường nước lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai [9] cho phép đánh giá khả làm việc, độ bền ống địa kỹ thuật chế tạo từ vật liệu polyeste GM15 GM200 có tuổi thọ tới khoảng 25 năm đáp ứng yêu cầu tuổi thọ vật liệu chế tạo đê (trên 20 năm) Lời cảm ơn Chân thành cám ơn Sở Khoa học cơng nghệ Thành phố Hồ Chí Minh, Uỷ ban Nhân dân phường Thạnh Lộc, quận 12, Ban giám đốc KCX Tân Thuận tạo điều kiện thuận lợi để thực nội dung ứng dụng Nghiên cứu tài trợ Chương trình nghiên cứu, phát triển ứng dụng công nghệ vật liệu mã số KC.02  Tài liệu tham khảo [1] Krystian W Pilarczyk (1998), Dikes and Revetments: Design, Maintenance and Safety Assessment, Publisher A A Balkema, Rotterdam [2] Wojciech Prochera (2001), “Charaterystyka geotuby”, biuletin ochrona srodowiska 8/2001 [3] Nguyễn Thành Nhân Trịnh Công Vấn (2012), Nghiên cứu công nghệ chế tạo tổ hợp vật liệu dệt-polyme để xây dựng đê, Đề tài cấp Sở KHCN Tp HCM [4] Vương Quang Việt cộng (2015), Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo ứng dụng công nghệ ống mềm sở tổng hợp vật liệu dệt - polyme để xây dựng kết cấu bảo vệ cơng trình kinh tế, quốc phòng, mã số KC02.13/11-15 [5] Andrzej Baranski (1980), Chemia fizyczna, PWN, Warszawa [6] Hodge, J., “Durability testing”, Geotextile Testing and Design Engineer, ASTM STP 952, J E Fluet, Jr., Ed., American Society for testing and Materials, Philadelphia, 1987, pp 119-121 [7] Corbet S., and King J., (1993), Geotextiles in filtration and drainage, Thomas Telford Service Ltd., London [8] PhanTrường Phiệt (2007), Sản phẩm địa kỹ thuật polyme composit xây dựng dân dụng giao thông thủy lợi, NXB Xây dựng, Hà Nội [9] Sở Tài Nguyên Môi trường (2008), Báo cáo trạng mơi trường thành phố Hồ Chí Minh năm 2007, Chi cục BVMT Tp Hồ Chí Minh Ngày nhận bài: 01/03/2016 Ngày hoàn thành sửa bài: 25/03/2016 Ngày chấp nhận đăng: 28/03/2016 ... từ ống địa kỹ thuật chưa bơm cát từ ống địa kỹ thuật xây dựng đê thử nghiệm phường Thạnh Lộc KCX Tân Thuận Hình Đê thử nghiệm phường Thạnh Lộc, quận 12 Hình Thu hồi mẫu thử vào ngày xây dựng đê. .. thực nghiệm cho ta thấy việc lựa chọn sử dụng vải polyeste để chế tạo ống địa kỹ thuật làm đê thích hợp điều kiện khí hậu, thổ nhưỡng Thành phố Hồ Chí Minh khu vực phía Nam Các số liệu T1 phù hợp... PhanTrường Phiệt (2007), Sản phẩm địa kỹ thuật polyme composit xây dựng dân dụng giao thông thủy lợi, NXB Xây dựng, Hà Nội [9] Sở Tài Nguyên Môi trường (2008), Báo cáo trạng mơi trường thành phố